| 研究課題/領域番号 |
19K04277
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 青山学院大学 |
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研究代表者 |
菅原 佳城 青山学院大学, 理工学部, 教授 (10422320)
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| 研究分担者 |
武田 真和 青山学院大学, 理工学部, 助教 (40845640)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 計測 / 回転 / 圧電素子 / 極限環境 / ノンスムース / 柔軟構造 / マルチボディダイナミクス / 接触 / 摩擦 / 衝突 / ノンスムースダイナミクス / 柔軟 / モード分解 / 線形相補性 / 柔軟マルチボディダイナミクス / スティックスリップ / 回転角計測 / 接触問題 / カルマンフィルタ / メカトロニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
核融合炉内の保守管理ロボットシステムのために回転情報計測のセンサは重要であるが，炉内の放射線環境の影響を強く受ける半導体を有する一般的な光学式エンコーダなどの使用は困難である．そこで，本研究では回転軸に接続された偏心カムとそれに接触する圧電素子の変形時の発生電圧を利用した回転計測システムを提案し，実験装置を構築する．さらに，そのシステムが持つ動的な特性を把握するために数学モデルの構築を行う．実験結果および得られた数学モデルを用いた数値解析結果との比較により，提案システムの評価を行いその有効性を示す．
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| 研究成果の概要 |
核融合炉内のロボットシステムのための回転角計測センサとして，圧電素子を貼付けた柔軟梁に回転軸と結合した偏心カムを接触させ，回転量に応じた梁の変形により発生する圧電素子の電圧から回転角を計測する方法を提案した．また，提案システムの複数の組み合わせや，カルマンフィルタ，チャージアンプの導入によりロバスト性を付与する方法を提案した．また，提案法では計測軸の角速度によってはカムと梁の間に離脱と衝突が発生し計測制度へ影響を及ぼす．そこで，本研究ではマルチボディダイナミクスとノンスムースダイナミクスに基づいて接触を有する柔軟構造の定式化および解析手法を提案し，基礎実験によりその有効性を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年，急速に実用化を目指した動きが活発化している核融合発電は，主にその発電の実証や能力向上についての着目した研究が多いものの，実用化に必須の保守・管理に関する研究は極めて少なく，本研究は核融合発電の実用化に伴う課題解決に寄与する．また，本研究で提案する計測システムにおいて発生するノンスムースな接触を伴う柔軟構造物の運動に対して，一解析手法の提案および実験検証を行っており，まだ未確立の問題に対して一案を提案していることから，同分野において意義のある結果である．また，本解析手法は本計測システムに限らず，様々な産業界で現れる現象に適用できる可能性が高く，より一般的な展開につながる成果である．
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